C++智能指针shared_ptr底层结构体有哪些成员？分别有什么用？

时间: 2023-03-23 17:01:22 浏览: 230

C++智能指针-unique-ptr智能指针详解.pdf

C++智能指针智能指针_unique_ptr智能指针详解智能指针详解作为智能指针的⼀种，unique_ptr 指针⾃然也具备"在适当时机⾃动释放堆内存空间"的能⼒。和 shared_ptr 指针最⼤的不同之处在于，unique_ptr 指针指向的堆内存⽆法同其它 unique_ptr 共享，也就是说，每个 unique_ptr 指针都独⾃拥有对其所指堆内存空间的所有权。这也就意味着，每个 unique_ptr 指针指向的堆内存空间的引⽤计数，都只能为 1，⼀旦该 unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空间的所有权，则该空间会被⽴即释放回收。 unique_ptr 智能指针是以模板类的形式提供的，unique_ptr<T>（T 为指针所指数据的类型）定义在<memory>头⽂件，并位于 std 命名空间中。因此，要想使⽤ unique_ptr 类型指针，程序中应⾸先包含如下 2 条语句： 1. #include <memory> 2. using namespace std; 第 2 句并不是必须的，可以不添加，则后续在使⽤ unique_ptr 指针时，必须标注std:: 。 unique_ptr智能指针的创建智能指针的创建考虑到不同实际场景的需要，unique_ptr<T> 模板类提供了多个实⽤的构造函数，这⾥给读者列举了⼏种常⽤的构造 unique_ptr 智能指针的⽅式。 1) 通过以下 2 种⽅式，可以创建出空的 unique_ptr 指针： 1. std::unique_ptr<int> p1(); 2. std::unique_ptr<int> p2(nullptr); 2) 创建 unique_ptr 指针的同时，也可以明确其指向。例如： 1. std::unique_ptr<int> p3(new int); 由此就创建出了⼀个 p3 智能指针，其指向的是可容纳 1 个整数的堆存储空间。和可以⽤ make_shared<T>() 模板函数初始化 shared_ptr 指针不同，C++11 标准中并没有为 unique_ptr 类型指针添加类似的模板函数。 3) 基于 unique_ptr 类型指针不共享各⾃拥有的堆内存，因此 C++11 标准中的 unique_ptr 模板类没有提供拷贝构造函数，只提供了移动构造函数。例如： 1. std::unique_ptr<int> p4(new int); 2. std::unique_ptr<int> p5(p4);//错误，堆内存不共享 3. std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4));//正确，调⽤移动构造函数值得⼀提的是，对于调⽤移动构造函数的 p4 和 p5 来说，p5 将获取 p4 所指堆空间的所有权，⽽ p4 将变成空指针（nullptr）。 4) 默认情况下，unique_ptr 指针采⽤ std::default_delete<T> ⽅法释放堆内存。当然，我们也可以⾃定义符合实际场景的释放规则。值得⼀提的是，和 shared_ptr 指针不同，为 unique_ptr ⾃定义释放规则，只能采⽤函数对象的⽅式。例如： 1. //⾃定义的释放规则 2. struct myDel 3. { 4. void operator()(int *p) { 5. delete p; 6. } 7. }; 8. std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int); 9. //std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int, myDel()); unique_ptr<T>模板类提供的成员⽅法模板类提供的成员⽅法为了⽅便⽤户使⽤ unique_ptr 智能指针，unique_ptr<T> 模板类还提供有⼀些实⽤的成员⽅法，它们各⾃的功能如表 1 所⽰。表 1 unique_ptr指针可调⽤的成员函数成员函数名成员函数名功功能能 operator*() 获取当前 unique_ptr 指针指向的数据。 operator->() 重载 -> 号，当智能指针指向的数据类型为⾃定义的结构体时，通过 -> 运算符可以获取其内部的指定成员。 operator =() 重载了 = 赋值号，从⽽可以将 nullptr 或者⼀个右值 unique_ptr 指针直接赋值给当前同类型的 unique_ptr 指针。 operator []() 重载了 [] 运算符，当 unique_ptr 指针指向⼀个数组时，可以直接通过 [] 获取指定下标位置处的数据。 get() 获取当前 unique_ptr 指针内部包含的普通指针。 get_deleter() 《C++智能指针——unique_ptr智能指针详解》智能指针是C++中用于自动管理动态分配内存的一种工具，它可以确保在适当的时候自动释放内存，从而避免内存泄漏的问题。其中，`unique_ptr`是一种特殊的智能指针，它拥有对所指向内存的唯一所有权，不允许与其他`unique_ptr`共享所有权。 `unique_ptr`的特性主要体现在以下几个方面： 1. **唯一所有权**：每个`unique_ptr`实例独占其所指向的内存，这意味着它不支持拷贝构造函数，但支持移动构造函数。例如： ```cpp std::unique_ptr<int> p4(new int); std::unique_ptr<int> p5(p4); // 错误，不能拷贝 std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4)); // 正确，通过移动构造函数转移所有权 ``` 2. **自动释放**：`unique_ptr`在生命周期结束时会调用默认删除器`std::default_delete<T>`来释放内存。如果需要自定义内存释放规则，可以使用第二个模板参数指定，例如： ```cpp struct myDel { void operator()(int *p) { delete p; } }; std::unique_ptr<int, myDel> p6(new int); ``` 3. **构造方式**：可以创建空的`unique_ptr`或直接初始化指向新分配的内存，例如： ```cpp std::unique_ptr<int> p1(); // 创建空的unique_ptr std::unique_ptr<int> p2(nullptr); // 创建空的unique_ptr std::unique_ptr<int> p3(new int); // 初始化指向新的int ``` 4. **操作方法**：`unique_ptr`提供了丰富的成员函数供用户使用，如： - `operator*()`：访问智能指针所指向的对象。 - `operator->()`：重载`->`运算符，方便访问指向的结构体成员。 - `operator=`：重载赋值运算符，可以将`nullptr`或右值`unique_ptr`赋值给同类型`unique_ptr`，实现所有权转移。 - `operator[]()`：对于指向数组的`unique_ptr`，可以通过下标访问元素。 - `get()`：返回智能指针内部保存的原始指针。 - `get_deleter()`：获取释放内存的删除器对象。 - `operator bool()`：将`unique_ptr`转换为布尔值，用于条件判断。 5. **不支持`make_unique`**：与`shared_ptr`不同，C++11标准并未提供`make_unique`函数，因此无法像初始化`shared_ptr`那样便捷地创建`unique_ptr`。 `unique_ptr`的这些特性使其成为管理动态内存的理想选择，尤其是在单个所有者的情景下。其对所有权的严格控制和自动释放内存的能力使得代码更加安全，避免了手动管理内存可能导致的错误。在C++编程中，合理使用`unique_ptr`可以显著提高代码的健壮性和可维护性。

shared_ptr是一种智能指针，用于管理动态分配的对象的生命周期。其底层结构体中主要包含以下几个成员： 1.指向所管理对象的指针成员，即"__ptr"，用于存储所管理对象的地址。 2.指向所共享的引用计数的指针成员，即"__cntrl"，用于存储引用计数的信息，同时也会存储一些其他信息，比如指向所使用的删除器等等。 3.存储所管理对象的类型信息的指针成员，即"type_info"，用于在运行时进行类型检查。其中，引用计数是shared_ptr最核心的部分，其主要作用是记录当前共有多少个shared_ptr对象指向同一个所管理的对象，以此来判断何时可以安全的销毁该对象。因为每次创建shared_ptr对象时，都会将引用计数加1，而每次销毁shared_ptr对象时，都会将引用计数减1，当引用计数为0时，说明没有任何shared_ptr对象指向该对象，此时可以安全地销毁该对象。

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